Spin-devices are switched by flipping spins without moving charge in space and this can lead to ultra-low-energy switching replacing traditional transistors in beyond Moore’s law era. In particular, the electric field-induced magnetization switching has emerged to be an energy-efficient paradigm. Here, we review the recent developments on ultra-low-energy, area-efficient, and fast spin-devices using multiferroic magnetoelectric composites. It is shown that both digital logic gates and analog computing with transistor-like high-gain region in the input-output characteristics of multiferroic composites are feasible. We also review the equivalent spin-circuit representation of spin-devices by considering spin potential and spin current similar to the charge-based counterparts using Kirchhoff’s voltage/current laws, which is necessary for the development of large-scale circuits. We review the spin-circuit representation of spin pumping, which happens anyway when there is a material adjacent to a rotating magnetization and therefore it is particularly necessary to be incorporated in device modeling. Such representation is also useful for understanding and proposing experiments. In spin-circuit representation, spin diffusion length is an important parameter and it is shown that a thickness-dependent spin diffusion length reflecting Elliott–Yafet spin relaxation mechanism in platinum is necessary to match the experimental results.

中文翻译：

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节能多铁性自旋器件和自旋电路

自旋器件通过翻转自旋来切换，而无需在空间中移动电荷，这可能导致超低能量切换取代摩尔定律时代的传统晶体管。特别是，电场感应磁化切换已成为一种节能范式。在这里，我们回顾了使用多铁磁电复合材料的超低能量、面积高效和快速自旋器件的最新进展。结果表明，在多铁复合材料的输入输出特性中，数字逻辑门和具有晶体管状高增益区的模拟计算都是可行的。我们还通过考虑自旋电位和自旋电流来审查自旋器件的等效自旋电路表示，类似于使用基尔霍夫电压/电流定律的基于电荷的对应物，这是开发大规模电路所必需的。我们回顾了自旋泵浦的自旋电路表示，当存在与旋转磁化相邻的材料时无论如何都会发生这种情况，因此特别有必要将其纳入设备建模中。这种表示对于理解和提出实验也很有用。在自旋电路表示中，自旋扩散长度是一个重要参数，它表明反映铂中 Elliott-Yafet 自旋弛豫机制的与厚度相关的自旋扩散长度对于匹配实验结果是必要的。当存在与旋转磁化相邻的材料时，无论如何都会发生这种情况，因此特别有必要将其纳入设备建模中。这种表示对于理解和提出实验也很有用。在自旋电路表示中，自旋扩散长度是一个重要参数，它表明反映铂中 Elliott-Yafet 自旋弛豫机制的与厚度相关的自旋扩散长度对于匹配实验结果是必要的。当存在与旋转磁化相邻的材料时，无论如何都会发生这种情况，因此特别有必要将其纳入设备建模中。这种表示对于理解和提出实验也很有用。在自旋电路表示中，自旋扩散长度是一个重要参数，它表明反映铂中 Elliott-Yafet 自旋弛豫机制的与厚度相关的自旋扩散长度对于匹配实验结果是必要的。